• Задняя подвеска мотоцикла. Маятник качается, райдер улыбается

    Устройство задней подвески, часть 1
    Текст: Артем "S1LvER" Терехов

    Задняя подвеска мотоцикла


    По немногочисленным, но очень горячим и настойчивым просьбам отдельных читателей, мы наконец-то возвращаемся к теме устройства мотоцикла!. Для тех, кто с нами недавно - в разделе "Железный цех: теория" мы детально и доступно разбираемся с тем, что из себя представляет современный мотоцикл. Без заумных пояснений и сложносочиненных схем - чтобы было понятно в том числе и тем, кто недавно приобрел байк и желает узнать о нем побольше. Надеемся, что и опытные райдеры смогут найти для себя что-то новое.

    Тема нашего сегодняшнего разговора - устройство задней подвески. Приступим!



    Как это было

    Как обычно, сперва разберемся в "происхождении видов". Задняя подвеска появилась на мотоциклах сравнительно недавно. Необходимость наличия передней подвески обнаружилась практически сразу, задняя подвеска была не столь важной - пока не увеличились скорости. В течение многих десятилетий параллелограмные передние вилки работали в паре с жесткой подвеской заднего колеса (известной как "хардтейл"). Наиболее крупные "особенности" дорог в таком случае смягчали за счет подрессоривания одиночного сиденья. Пассажиру тех времен было еще хуже, чем на "жердочке" современного спортбайка - в лучшем случае, он получал элементарную подушку над задним крылом. В комплекте с подушкой поставлялось бесчисленное количество ударов и вибраций, честно передаваемых на "пятую точку" задним колесом.

     

    BMW R32 начала двадцатых годов - хардтейл во всей своей красе
    Задняя подвеска мотоцикла


    Вскоре после Второй мировой войны, проблема отсутствия задней подвески стала все очевидней проявляться на гоночных мотоциклах - заднее колесо все дольше находилось вне контакта с афсальтом. Отсутствие подвески стало главным фактором, тормозившим общее развитие других характеристик машин.

    Первой массовой конструкцией стала подвеска свечного типа. По сути - это пара двухсторонних вертикальных пружин, расположенных по обе стороны рамы между двумя кронштейнами задней вилки. Ось колеса располагалась между ними и закреплялась между верхними и нижними пружинами. Благодаря неплохому комфорту езды (еще бы - после хардтейла люди были рады чему угодно!), свечная задняя подвеска стала устанавливаться на многие дорожные модели. Что не отменяло ее недостатков: высокой скорости износа, стремления колеса к скручиванию относительно рамы (из-за отсутствия взаимосвязи между концами вилки) и недостаточного хода подвески.

     

    Yamaha YA-1 1956 с подвеской свечного типа
    Задняя подвеска мотоцикла


    Настоящий прорыв произошел с появлением качающейся задней вилки, она же - маятниковая рычажная. Подвеска такого типа вскоре стала использоваться повсеместно, что мы и наблюдаем до сих пор. Конечно, с развитием технологий и материалов появилось множество различных схем подвески, однако идея и принцип остались неизменны.


    Устройство

    Рычажная подвеска - это разновидность автомобильной подвески с поперечным рычагом. Она состоит из шарнира, расположенного горизонтально в передней части рычага, который закрепляется между боковыми элементами рамы или на задней части картера и позволяет рычагу перемещаться вверх и вниз. Из оси качания выходят два рычага, между ними на оси закрепляется заднее колесо, фиксируемое между концами этих рычагов.

    Двухрычажная автомобильная подвеска с поперечными рычагами
    Задняя подвеска мотоцикла

    Продольные рычаги маятниковой подвески - разница в том, как расположены рычаги
    Задняя подвеска мотоцикла

    Для обеспечения подрессоревания ходовой части и гашения возникающих при этом колебаний между маятником и рамой устанавливается один или два амортизатора. Сложность амортизатора очень сильно отличается от машины к машине, но в большинстве случаев - это пружина, установленная снаружи гидравлического амортизатора. Чтобы амортизатор мог поворачиваться при перемещении рычага подвески, его устанавливают на специальные крепления.

    В рычажной подвеске традиционной конструкции используются два амортизатора - по одному с каждой стороны. Они крепятся к рычагу перед осью с одной стороны и к подрамнику - с другой. Часто такую схему можно встретить на недорогих байках, а также там, где это будет уместно в стилистическом смысле: многочисленные классики, ретро-байки и каферейсеры.

    Ducati GT1000 - классическая пара амортизаторов сзади
    Задняя подвеска мотоцикла


    Наиболее распространенной современной схемой является рычажная подвеска с моноамортизатором. Он закрепляется по центру рычага подвески перед задним колесом при помощи системы рычагов, соединяющих рычаг подвески, моноамортизатор и раму.

    Немного сопромата

    Много лет в качестве материала для маятника использовали стальные трубы или штамповки с усилителями в местах присоединения рычагов к трубе шарнира подвески. Сталь обладает неплохим соотношением прочности и веса, но для обеспечения жесткости маятника мощного байка, требуемые размеры сечения стального рычага сильно утяжелили бы подвеску. А это, как мы помним из рассказа о неподрессоренных массах (в статье об устройстве передней подвески), очень плохо для управляемости мотоцикла.

    Наилучшей альтернативой стал алюминиевый сплав. Его прочность и вес примерно в три раза меньше, чем у стали - логично, что для создания аналогичного по прочности алюминиевого рычага придется увеличить его в три раза. Но увеличение площади сопровождается увеличением жесткости, и алюминиевый рычаг подвески, обладающий одинаковыми со стальным прочностью и весом, фактически будет намного жестче. И здесь уже открывается поле для маневра - повысить жесткость, не увеличивая вес, или получить жесткость как у стали, снизив при этом вес.

    Для повышения жесткости множество маятников делают с изгибом. Примеров много - тот же рычаг семейства "файерблейдов" от Honda под названием Gull-Arm (крыло чайки), или Kawasaki ZX-6R на титульной фотографии вверху статьи. Еще один способ увеличить жесткость без серьезного увеличения веса - использовать треугольную конструкцию. Кроме того, алюминий штампуется или прокатывается так, чтобы создать внутри маятника перегородки. Они придают сечению треугольный или коробчатый профиль, что значительно поднимает жесткость конструкции (также это позволяет сделать внешние стенки более тонкими и легкими).

     

    Маятник Tri-Arm из алюминиевого сплава - Honda CBR900RR
    Задняя подвеска мотоцикла

    Лучше алюминиевого сплава по части баланса жесткости и веса - только магниевые сплавы и углепластик. Но пока карбоновые маятники можно встретить лишь на болидах в гонках прототипов (они же - MotoGP).


    Красота требует жертв?

    Всем нам очень нравятся маятники с консольным креплением заднего колеса, т.е. когда колесо крепится только к одному рычагу. Преимущества такой конструкции были обнаружены во время гонок на выносливость, в которых предусмотрены пит-стопы для дозаправки и смены покрышек. Однорычажная подвеска гораздо лучше именно в плане удобства и скорости обслуживания: колесо крепится к ступице, на которой установлена задняя звезда и тормозной диск. Поэтому нет необходимости снимать цепь со звездочки, а диск можно оставить в суппорте. Плюс, конечно же - прекрасный эстетический вид на "корму" байка.

     

    Трудно представить красивый MV Agusta F4 с двухрычажным маятником
    Задняя подвеска мотоцикла


    Недостаток состоит в том, что для обеспечения нужной жесткости консольные маятники нужно делать гораздо более крупными, потому что один рычаг изгибается сильнее, чем два. У "консоли" также есть тенденция к скручиванию, что может вызывать гироскопические моменты, ухудшающие управляемость. 

    Интересно, что изгиб и кручение могут быть как вредными и досаждающими, так и полезными. Например, однорычажная подвеска легче скручивается в повороте, обеспечивая больший угол к продольной оси машины. По-простому - байк сам подруливает задним колесом в направлении заданной траектории. Теоретически конечно, такое вмешательство - это плохо, но на деле "автопилот" способствует стабилизации аппарата в повороте.

     

    *****


    Мы немного прояснили для себя, что представляет собой задняя подвеска современного байка. Конечно, в статью вошло далеко не все - вопрос о том, сколько амортизаторов лучше (два или один) применять, какие они бывают, что такое прогрессивная характеристика и так далее. Если вам интересно узнать об этом и многом другом - пишите в комментариях, и мы обязательно подготовим еще одну статью. До встречи!

  • Основа основ. Устройство мотоциклетных рам, часть 1

    Текст: Артем ‘S1LvER’ Терехов

    Сегодняшняя статья из цикла об устройстве мотоцикла посвящена рамам. Без этого важного узла наши двухколесные друзья превратились бы в неуправляемые снаряды, которых колбасит из стороны в сторону при малейшей попытке райдера повлиять на траекторию движения. Да и надо же как-то связать воедино все прочие элементы конструкции!

    Устройство мотоциклетных рам

    В общем, как ни крути, а рама – вещь необходимая. И пусть в последнее время конструкторы всячески пытаются опровергнуть это утверждение, до повсеместного отказа от рамы еще очень далеко (если это вообще когда-нибудь случится). Давайте рассмотрим общие для всех вариантов конструкций моменты, после чего перейдем к конкретике.

     

    Не дать развалиться

    Рама предназначена для выполнения многих функций, которые можно условно разделить на «структурные» и «геометрические». Со структурной стороны, рама нужна для того, чтобы расположить и закрепить двигатель, трансмиссию, подвеску и так далее. Чтобы осуществить это, рама должна быть жесткой, прочной, и по возможности легкой. Геометрическая роль рамы заключается в обеспечении необходимых параметров геометрии подвески и рулевого управления (об этих характеристиках рассказывается во второй части материала об устройстве передней подвески), колесной базы и положения центра тяжести. Есть и неочевидный, но очень важный момент – именно рама обеспечивает расположение колес на одной линии.

    Также необходимо, чтобы рама была достаточно жесткой, чтобы обеспечить противодействие силам, возникающим в повороте, при ускорениях и торможениях – и все это без участия со стороны рулевого управления и подвески. Все вышеперечисленное является определяющим со времен появления первых мотоциклетных рам. Если нет нужной жесткости, может происходить смещение переднего колеса относительно заднего – в пределах от небольшого до очень опасного.

    Малая жесткость рамы приведет не только к плохим ощущениям для райдера во время езды, она сведет все преимущества отличного двигателя на нет. Ведь если байк постоянно колбасит – ехать агрессивно и напористо у пилота не получится, и его обойдут более технически продвинутые соперники. Известный факт, подтвержденный множеством примеров из спорта – многие победы достигнуты за счет преимуществ именно по части рамы, даже несмотря на применение не самого мощного мотора.

    Однако спорт – это одно, а гражданская езда – совсем другое. В последнем случае стоимость и форма рамы обладают таким же значением, как и прочие характеристики. Нет никаких сомнений в том, что прекрасно построенная рама преобразит изначально не блистающую машину. Это заметно в мелкосерийном производстве, где есть возможность уделять внимание мельчайшим деталям и оттачивать технологии до блеска. Поэтому тюнинговые рамы всегда будут популярны в узком кругу райдеров-перфекционистов, желающих довести управляемость своего байка до предела.

    С появлением гоночного класса Moto2 производство отточенных и продуманных рам вышло на новый виток. Ведь теперь у производителей появилась возможность проверить свои разработки в самом суровом горниле соревнований высшего уровня. К ветеранам индустрии вроде Harris и Moriwaki присоединились новые имена – например, RSV, ранее занимавшиеся лишь проектированием элементов для авиационных конструкций. Знания, мастерство, интуиция, даже вдохновение – все это очень важно в таком непростом деле, как обеспечение баланса характеристик управляемости. И неважно, гранприйный это снаряд или дорожная «рабочая лошадка».

     

    Гранприйный снаряд Moriwaki MD600 - рамный гений японцев во всей красеГранприйный снаряд Moriwaki MD600 - рамный гений японцев во всей красе

     

     

    Полкило назад, три вперед

    А начинается работа над будущим «коконом» для элементов машины с распределения веса и настройки положения центра тяжести. Конструкция мотоцикла не позволяет сильно разгуляться в вопросе размещения крупных узлов, таких как топливный бак, двигатель, задняя и передняя подвески. К счастью, такое расположение узлов достаточно удачно с точки зрения распределения веса.

    Центр тяжести оказывает огромное влияние на два основных показателя: во-первых, ускорение и торможение, во-вторых, прохождение поворотов. При выборе конструкторами положения центра тяжести в первую очередь руководствуются вопросами разгона-торможения, а уже потом – прохождения поворотов. Если немного подумать, также появится еще один вывод – центр тяжести определяет степень перераспределения веса при ускорениях-торможениях, а значит, непосредственно влияет на коэффициент сцепления шин с полотном.

    При идеальном положении центра тяжести пробуксовка заднего во время ускорения начиналась бы только при отрыве переднего колеса от земли. Аналогично, блокировка переднего колеса в процессе торможения начиналась бы только при отрыве заднего колеса от земли.

    Можно лишь представить титанический труд конструкторов, работающих над гоночными мотоциклами – ведь эти байки много времени проводят на одном колесе! Достаточно посмотреть замедленные повторы, когда райдеры MotoGP в зоне торможений отрывают заднее колесо от земли, но передняя шина при этом продолжает сохранять контакт с асфальтом. На величину сцепления шин с дорогой также влияет длина колесной базы: если ее увеличивать при неизменном положении центра тяжести, то фактически будет снижаться сцепление из-за относительных углов между колесами.

     

    Великий Доктор демонстрирует блестящую работу по части развесовки, проведенную гоночными инженерами YamahaВеликий Доктор демонстрирует блестящую работу по части развесовки, проведенную гоночными инженерами Yamaha

     

    Думаем дальше. При повороте желательно (нет, для душевного спокойствия райдера - даже необходимо!) обеспечить одинаковое сцепление передней и задней шин с асфальтом. Из этого следует, что центр тяжести должен быть равноудален от колес, то есть находиться посередине колесной базы. А вот высота центра тяжести – это всегда компромисс. Высокий центр тяжести обеспечивает лучшее сцепление шин, что позволяет более интенсивно ускоряться и тормозить в повороте, также уменьшается радиус поворота. Однако при низком центре тяжести уменьшается инерция относительно оси крена, иными словами – рулевое управление становится более чувствительным. Такой байк в движении кажется менее тяжелым, более ловким и простым в управлении на низких скоростях и в заносе.

    Так или иначе, идеального решения, распространяющегося на все ситуации, в вопросе высоты центра тяжести не существует. Поэтому его подбирают, исходя из предназначения и «ареала обитания» мотоцикла.

    Уяснив, что нам нужно от будущей рамы, давайте выберем для нее наиболее оптимальный материал и придадим элементам конструкции нужную форму.


    Трудности выбора

    Первоначально, когда опыт постройки рам еще только начинал складываться в общую копилку, производители пробовали все подряд. Отрезки стальных труб скреплялись в различных точках при помощи кронштейнов, образующих рулевую колонку и точки крепления рычага подвески. До широкого распространения сварки трубы покрывали припоем, затем вставляли в приливы кронштейнов и нагревали. Разумеется, такие «туземные» методы не слишком хорошо сказывались на жесткости конструкции, поэтому с распространением сварки к процессу изготовления рамы стали подходить по-другому.

    Если для алюминия и стали сварка остается наиболее предпочтительным способом соединения, то к композитным материалам с ней уже не подойдешь. Да и вообще, с композитами все немного по-другому, но об этом чуть ниже. А пока поговорим о конфигурации элементов рамы.

    Традиционный подход основан на применении треугольных конструкций, это прекрасно иллюстрирует простая велосипедная рама, да и «птичья клетка» тоже. Ромб, образованный трубами рамы, разделен на два треугольника трубой, проходящей между седлом и осью педалей. Это придает ромбовидной раме большую жесткость и прочность, а каждая труба остается эффективно зафиксированной от изгиба. Аналогичный подход с применением треугольников используется на множестве мотоциклов – от динозавров начала XX века до ультрасовременных гоночных машин.

     

    Ромб велосипедной рамы состоит из двух треугольных конструкций
    Ромб велосипедной рамы состоит из двух треугольных конструкций

     

    В тех рамах, которые недостаточно усилены треугольными конструкциями, в качестве элемента жесткости используют двигатель. Его закрепляют в трех точках между открытыми частями рамы. Как правило, «жесткий» двигатель получается более тяжелым, нежели такой, который не участвует в образовании силовой конструкции, однако из-за меньшего веса рамы общего увеличения массы машины не происходит.


    Компьютерно-теоретические изыскания

    К счастью, блага развития нашей цивилизации затронули и проектирование мотоциклетных рам. Теперь можно не изготавливать десятки различных вариантов конструкций, отбрасывая неудачные и совершенствуя те, что лучше других справляются с поставленными задачами. Использование братьев наших кремниевых позволяет смоделировать виртуальный прототип рамы, а затем подвергнуть его различным испытаниям: задать необходимые нагрузки, проверить реакцию конструкции на вибрации.

    Новые методики – новые задачи. В результате компьютерного моделирования выяснилось, что большинство труб рамы в различных плоскостях должны иметь различную прочность. Круглые трубы обладают одинаковой прочностью во всех направлениях, в то время как прочность труб квадратного или прямоугольного сечения в одном направлении больше, чем в другом. Поэтому там, где это необходимо, в целях экономии веса или для повышения жесткости можно использовать квадратные или прямоугольные трубы.

    Может даже оказаться, что стоит «напрячь» двигатель, взвалив на него часть нагрузок. Однако не стоит думать, что так стали делать лишь с появлением компьютерного моделирования рам: еще в пятидесятых годах Vincent успешно включила двигатель в силовую схему мотоцикла Black Shadow – «папы» всех супербайков современности, настолько технологичным, продвинутым и стремительным он был для своего времени. Пожалуй, как-нибудь мы расскажем об этом мотоцикле более обстоятельно, а сейчас подробней поговорим о различных материалах, применяемых при изготовлении рам.

     

     

    Двигатель Vincent Black Shadow 1950 выполняет роль нагруженного элемента в общей силовой схемеДвигатель Vincent Black Shadow 1950 выполняет роль нагруженного элемента в общей силовой схеме

     

    «Хребет» из стали

    Сталь была наиболее широко используемым материалом с тех пор, как придумали мотоцикл. На ее стороне – низкая стоимость и высокая прочность. Кроме того, стали несложно придать нужную форму, она легко поддается сварке, да и ремонтопригодность стальных рам находится на высоком уровне. Но когда от рамы требуется наивысшая жесткость при минимальном весе, тут уж у старой доброй стали появляются серьезные конкуренты.

     

    Стальная рама Kawasaki Vulcan 900 2006 демонстрирует применение различных профилей для разных элементов конструкции
    Стальная рама Kawasaki Vulcan 900 2006 демонстрирует применение различных профилей для разных элементов конструкции

     

    На множестве скутеров применяются штампованные стальные элементы, потому что они гораздо дешевле стальных труб. Но главной проблемой таких элементов становится коррозия внутренних поверхностей, из-за попадания в них воды. Рама может тихо ржаветь изнутри, дойдя до такой кондиции, после наступления которой никакой ремонт уже не поможет.

    Лучше альтернативой стали является алюминиевый сплав. Его прочность и вес примерно в три раза меньше, чем у стали, следовательно, для создания алюминиевой рамы, которая будет равносильна стальной, ее потребуется увеличить в три раза. Но жесткость зависит от площади материала, и алюминиевая рама одинаковой со стальной прочности и веса фактически будет в три раза жестче. Следовательно, при увеличении жесткости не происходит возрастания веса.

    При создании алюминиевых элементов рамы с большой площадью поперечного сечения алюминий выдавливают через матрицу в полузастывшем состоянии, получая треугольный или коробчатый профиль, который сильно увеличивает жесткость. Кроме того, он позволяет снизить толщину наружных стенок профиля – что положительно сказывается на весе.

    Алюминиевая рама Suzuki GSX-R1000 2007
    Алюминиевая рама Suzuki GSX-R1000 2007

     

    Литье, ковка, прокатка – различные элементы рамы могут создаваться разными способами, а значит, им можно придать нужную форму, соблюдая баланс жесткости и веса. «Темной стороной» алюминиевых рам является большая, по сравнению со сталью, цена, а также меньшая ремонтопригодность. Лопнувшую и «поведенную» алюминиевую раму очень трудно восстановить, а даже если это удастся – жесткость структуры в любом случае не вернется на первоначальный уровень.

    Дальше начинается путешествие в мир экзотических материалов. Магний, например, обладает крайне малой массой, а прочность не уступает алюминиевому сплаву. На этом его достоинства заканчиваются. Если не обрабатывать магний дорогими покрытиями, стойкость к окислению будет стремиться к нулю. Заоблачная цена и слабое желание поддаваться сварке довершают картину этого крайне интересного, но в основном, слабо применимого металла.

    Специально для ELF R 1986 была разработана рама из магниевого сплава
    Специально для ELF R 1986 была разработана рама из магниевого сплава

     

    Если у элемента нет соединений – например, крышки двигателя или колесный диск – тогда использование магния можно считать удачным выбором. Хотя есть пример мотоцикла, в конструкции которого использовали магниевую раму. Это ELF R 1986 года, на счету которого шесть различных мировых рекордов. Из более приземленных вещей – Yamaha YZF-R6, начиная с 2008 года, несет в своем «хвосте» подрамник из магниевого сплава.

    Титан становится все более доступным, повсеместно используется на гоночных мотоциклах, да и серийным машинам время от времени «перепадает» немного этого серебристо-белого металла. В плюсы материалу запишем аналогичную стали прочность, дополненную малым весом и категорическим нежеланием ржаветь.

     

    Победоносная кроссовая машина Husqvarna Titanium 1971. Материал рамы заложен в названии байка
    Победоносная кроссовая машина Husqvarna Titanium 1971. Материал рамы заложен в названии байка

     

    Однако будущее применение титана очень сильно зависит от успехов в разработке композиционных материалов, поскольку они проявляют себя даже лучше. Углепластик или кевлар в сочетании со смолистым вяжущим веществом, а иногда и с алюминиевыми сотовыми конструкциями, могут обеспечивать огромную жесткость в отдельных направлениях нагружения. Чрезвычайное удорожание мотоцикла перекрывается невероятной жесткостью рамы – нет ничего удивительного в том, что «композиты» повсеместно используются на байках от Bimota, MV Agusta и им подобных.

     

    Рама Bimota DB7 Oronero включает в себя карбоновые структурные элементы
    Рама Bimota DB7 Oronero включает в себя карбоновые структурные элементы

     


    *****


    В следующей статье мы поговорим о том, какие типы рам применяются в современных мотоциклах, а также уделим немного внимания проблемам контроля, возникающих из-за различных ошибок в ходовой байка. Оставайтесь с нами!

  • Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

    Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

     

    Двигатель Ванкеля всегда привлекал внимание тем, что он не такой как все остальные - он уникум. Можно только представить, насколько был обрадован и изумлен простотой идеи Феликс Ванкель, когда ему пришла в голову мысль превратить возвратно-поступательные движения во вращательные!? Простая и гениальная идея оказалась сложной в освоении - главным образом тем, что технология требовала огромной точности в производстве деталей, и, как оказалось позже - достижения еще большей, чем в стандартных двигателях, износоустойчивости. Кроме этого, конструкция обладала рядом других технических особенностей, обеспечивших Феликса головной болью на долгое время вперед.

    В первые годы после появления первого автомобиля NSU Ro-80 с двигателем, работающим по схеме Ванкеля, десятки компаний на волне возросшего ажиотажа ринулись выкупать лицензии на право производства роторного двигателя, но только считанные единицы смогли разумно преобразовать дорогостоящие чертежи гениального Феликса Ванкеля в металл. Самым известным примером из мира авто остается компания Mazda, которая устанавливает "роторы" на некоторые автомобили серии RX. В мотоциклах этот двигатель тоже нашел применение, примеры которых далее в статье. Впрочем, давайте обо всем по порядку...

     

     

    Зри в корень. Устройство двигателя Ванкеля

    Так называемый двигатель Ванкеля был изобретен немецким инженером Феликсом Ванкелем в 1957 году. Этот тип двигателя внутреннего сгорания использует вращательные движения для создания напряжения вместо привычной поршневой системы.  Особенность двигателя – применение трехгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде*.

    * Эпитрохоида — плоская кривая, образуемая точкой, жёстко связанной с окружностью, катящейся по другой окружности.





    Давление в РПД образуется за счёт вращения ротора. При этом происходит последовательное осуществление процессов – впуска, сжатия, сгорания, выпуска – в разных частях корпуса одного цилиндра. Такая конструкция даёт следующие преимущества: низкий уровень вибрации; отличные динамические характеристики; высокая мощность. Принципы процессов смесеобразования, зажигания, смазки, охлаждения, запуска принципиально ничем не отличаются от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Отсутствие громоздкого механизма газораспределения делает такой двигатель значительно проще четырехтактного поршневого за счёт меньшего количества деталей, обеспечивая необычайную компактность и высокую удельную мощность. Из минусов РПД отмечают крайне высокую критичность к регулярному сервисному обслуживанию (замена масла, уплотнителей) и высокий нагрев двигателя, а также большой расход топлива и токсичный выхлоп, что является следствием характерной для РПД узкой серпообразной камера сгорания (по краям камеры сгорание топлива затрудняется).

    Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь  особенностью РПД Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.

    В связи с этим возникает требование к частой замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

    В таком моторе очень важно следить за состоянием уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.

    Есть еще две сложности у этой схемы мотора - малая длина рабочего хода и очень специфический режим работы кривошипного механизма - эксцентрикового вала в отношении движения поршневой поверхности ротора. От этого у однороторного мотора  плохой график крутящего момента.

    Подробнее об устройстве двигателя Ванкеля:
    http://autorelease.ru/articles/automobile/946-rotornyj-dvigatel-princzip-raboty.html

    Кстати, не везде об этом говорится, но двигатель Ванкеля является всего лишь одним из пяти подтипов роторных двигателей. Подробнее:
    http://www.rotor-motor.ru


     

    Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

     

    Интересно, что за счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, и с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать аппарат более компактным, либо освободить место под другие цели.

    Итак, компактность, производительность, оборотистость - не это ли есть магическая формула идеального двигателя, к которой пытаются приблизиться все без исключения производители мотоциклов? Да, именно так. Но в мотомире роторный двигатель пока прижиться не смог - все ставки сделаны на классический поршневой мотор различных конфигураций, таких как рядные "четверки" и v-образные "двойки" и "четверки". Правда, попадаются и редкие исключения:


    Мотоциклы с РПД


    Hercules

     

     

    Hercules Wankel (W-2000)

    В 1974 году компания Hercules первой выпустила в массы мотоциклы серии Wankel (W-2000), с двигателями KC-27 от компании "Sachs". Это были однороторные движки с воздушным охлаждением, объемом двигателя 294 см.куб. и мощностью 25 лошадиных сил, позже мощность была увеличена до 27 л.с. (20 кВт) при 6000 об/мин. Для смазки двигателя было необходимо вручную добавлять масло в топливный бак мотоцикла, а с 1976 года, после апгрейда конструкции двигателя, масло начало подаваться из специального бака с помощью насоса. В некоторых странах W-2000 продавался как DKW (Dampf-Kraft-Wagen).

    Norton

     

    Norton NRS 588

    В начале 1980-х годов этот же двигатель использовался для установки в немногочисленные мотоциклы Norton, не смотря на то, что опытные прототипы РПД появились на байках Norton еще в начале 70-х. Надо отдать должное инженерам Norton, которые достаточно успешно использовали РПД в спорте - в конце 80-х и начале 90-х им практически не было равных. Особенно нужно отметить модели RCW588 и сменивший его в 91-м году NRS588, которые принесли Norton множество побед на поприще мотоспорта. Так, один из болидов NRS588 обладал превосходным отношением мощности к весу 135 л.с. / 135 кг, был компактен и легок. Существовала и дорожная версия  спортбайка - легендарный F1, мощность которого достигала 95л.с.@9500об/мин, а стоимость - 45 тысяч долларов США...

    Norton NRV 588

    В настоящее время Norton производит 588-кубовую двух-роторную модель NRV588 и разрабатывает 700сс версию с названием NRV700. NRV588 - современный спортбайк со доработанным, теперь уже инжекторным 170-сильным двигателем Ванкеля с впускным трактом переменной величины и электронным управлением дросселя. Характеристики байка - 130кг / 170л.с., поэтому производительность мотоцикла просто феноменальная. Ожидается, что NRV700 сможет развивать уже 210 л.с. при схожем весе мотоцикла, однако в самой компании пока об этом не распространяются.

    MZ

    Роторно-поршневой двигатель - MZ

    К 1963 году в рамках программы модернизации, отдел перспективных разработок завода MZ представил роторно-поршневой двигатель для мотоцикла. До 1965 года проводилось тестирование этого двигателя в нескольких прототипах MZ, но на этом все и закончилось.


    Suzuki

     

    Suzuki RE5

    На общей волне интереса к РПД, за разработку модели мотоцикла с роторно-поршневым двигателем взялась и японская компания Suzuki. Мотоцикл серии RE5 выпускался совсем недолго - с 1974 по 1976 г.г и вскоре стал предметом коллекционирования. Двигатель с рабочим объемом 497,5 см.куб. на 6500 об. мин. развивал мощность в 62 л.с. и максимальный крутящий момент в 54.9 Нм при 3500 об.мин.


    Надо заметить, из Японцев, кроме Suzuki, планы по запуску в производство мотоциклов роторно-поршневыми двигателями были и у остальных компаний. Так, Honda тогда разрабатывала и тестировала свой прототип, а в 1972 году Yamaha даже показала на выставке Tokyo Motor Show  готовую модель мотоцикла RZ-201 с двухроторным двигателем.

     

    Henk van Veen

     

    Van Veen OCR 1000

    И настоящей экзотикой является этот мотоцикл OCR 1000 компании Van Veen - датского дилера марки Kreidler. После того, как Kreidler обанкротилась, в Van Veen приступили к разработке своего собственного дорожного мотоцикла с роторно-поршневым двигателем. С 1966  по 1968 год было выпущено всего 30 таких аппаратов. Двигатель рабочим объемом: 2 х 498 см.куб.и мощностью - 100 л.с. был позаимствован у автомобиля NSU-Citroen Comotor (Citroen GZ), трансмиссия в центре разработок Porsche, а рама - у Moto Guzzi.


    Кастом Revelation Родни Агуэра (Rodney Aguiar) с роторно-поршневым двигателем Mazda RX-7

    Энтузиасты не обходят стороной двигатель Ванкеля. Установка РПД в раму кастом-мотоцикла сразу же выделяет байк на фоне остальных и привлекает внимание, при должном умении обеспечивая оригинальнейший образ мотоциклу. Ярким примером служит кастом Revelation Родни Агуэра (Rodney Aguiar) с роторно-поршневым двигателем Mazda RX-7, карданным приводом на заднее колесо от BMW R1100GS и передней вилкой от Suzuki GSX-R 750.  Как утверждает владелец, на заднем колесе его кастома Revelation целых 250 л.с., и не верить ему причин у нас не имеется. Подробнее »


    Мотоциклы с РПД - отечественные разработки от ВНИИмотопром

    Интересно, что в Советском Союзе тоже существовали разработки в области РПД. И если о роторном автомобиле ВАЗ известно многим, то существование в прошлом отечественных мотоциклов с двигателями, построенными по схеме Ванкеля, до сих пор для многих остается секретом.


    Еще в 1970 году начались дорожные испытания двигателя РД-350В, установленного в шасси от Днепр К-650. Динамика машины оказалась удовлетворительной, мощность двигателя была доведена до 30,5 л.с., но очень малый ресурс мотора (всего в 100 часов) не позволил увидеть разработке светлое будущее.

    РД-350В

    В 1972 году создается новый вариант РПД — РД-500В. Его корпус выполнен из алюминиевого сплава, с хромовым покрытием рабочей поверхности. Двигатель развивал мощность 40 л.с. при 6000 об/мин. Дорожные испытания мотора проводились в шасси мотоцикла Днепр МТ-9. На нем впервые опробовали систему впрыска топлива, но впоследствии отказались от нее из-за затрудненного запуска холодного двигателя (системы впрыска топлива тех времен были далеки от совершенства). Развитием РД-500В стал созданный в 1973 году РД-501, в котором применили износо-жаростойкое никасилевое покрытие алюминиевого корпуса, ротор двигателя был изготовлен из спеченного алюминиевого сплава, а воспламенение бензовоздушной смеси обеспечивалось электронной бесконтактной системой зажигания.

     

    РД-510

    Решительным шагом стал переход на систему жидкостного охлаждения в 1976 году. Такой двигатель, получивший обозначение РД-510, развивал уже 48 л.с. при 6000 об/мин. Дальнейшие работы были направлены на повышение "живучести" двигателя, снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов.


    Односекционный РД-515, в середине 70-х предполагалось ставить на тяжелые мотоциклы. При весе 38 кг и объеме 491 см куб. он выдавал 38 л.с. (6000 об./мин.) и 51 Нм (3500 об./мин.). Торцевые уплотнители изготовляли из стали или чугуна. Специально для этого мотора разработали технологию нанесения износостойкого жаропрочного никель-кремниевого покрытия "никосил" на алюминиевую основу. Агрегат выхаживал до капитального ремонта 50 тыс. км.

     

    РД-660 - СССР, 1985 г

    Последними из известных нам проектов в области отечественных мотоциклов с РПД являются разработанные в середине 80-х аппараты РД - 660 и эскортный мотоцикл РД-601 (613 куб.см, мощность 52 л.с. при 6000 об./мин.)

     

    Становится понятным, что к началу "перестройки" 90-х годов институт располагал несколькими отработанными конструкциями РПД. Но дальнейший разворот событий в нашей стране убил все надежды на какое-либо успешное продолжение разработок. На сегодняшний день разработки советских времен в области роторно-поршневых двигателей можно наблюдать в таком состоянии:

    Нет слов, одни эмоции




    Как мы видим, эпоха роторного двигателя так и не смогла захватить мир более привычной поршневой системы и занять свою устойчивую позицию на рынке. Обладатели мотоциклов с РПД автоматически превратились в небольшой клуб с единым интересом, а их байки – раритетом и диковинкой, которую с удовольствием примет практически любой музей!
    Но вполне возможно, что будущее, которое сулили разработчики и производители двигателю Ванкеля просто еще не настало. По крайней мере, возобновившийся к нему интерес марки Norton может развить новую спираль разработок и достижений, и тогда Феликс Ванкель еще себя покажет!

  • Устройство мотоциклетных рам, часть 2. Надежда, опора и прочие несущие функции

    Стальная дуплексная рама Yamaha XVS950A в разрезеСтальная дуплексная рама Yamaha XVS950A в разрезе

     

    Текст: Артем ‘S1LvER’ Терехов

    Продолжаем экскурсию в мир наиболее нагруженных и вечно находящихся «под давлением» компонентов наших байков. В этот раз поговорим о различных типах рам а также о том, какие «глюки» по части управляемости может вызывать неправильно сконструированная или настроенная ходовая.

     

     

    Типы рам

    Наиболее распространенной является рама закрытого типа, трубы которой в передней части под двигателем образуют замкнутый контур. Двигатель и трансмиссия располагаются внутри этого контура, и крепятся к кронштейнам рамы болтами. Если размеры и вес машины этого требуют, тогда используются две нижних и две верхних трубы для увеличения жесткости на кручение. Вы наверняка слышали термин «дуплексная рама» - это как раз о последних.

    В случае с рамой закрытого типа, связка двигатель-трансмиссия является пассивным элементом и просто размещается внутри контура рамы. Обычно закрытые рамы изготавливают из стальных труб, хотя есть множество примеров использования стального коробчатого профиля

    Рассказывая о решетчатой раме, или «птичьей клетке», нельзя не обратиться мыслями к солнечной Италии и одному из наиболее талантливейших дизайнеров за всю историю мотостроения – Массимо Тамбурини, на счету которого работа над Ducati 916, MV Agusta F4 и парой десятков менее громких моделей. История рождения «птичьей клетки» весьма любопытна, и при этом знает ее далеко не каждый.

    А начинается все с появления на свет... японской революции под названием Honda CB750 в 1969 году. Тогда еще молодой Тамбурини, следящий за всеми сколько-нибудь значимыми новинками мотопрома, сразу же купил себе будущую легенду. И, катаясь на CB750 по треку, не совладал с управлением, разбил байк, и сломал себе три ребра.

    Валяясь на больничной койке и маясь от безделья, Массимо понял, что жесткость и прочность современных рам не соответствует возросшей мощности, которую предлагают японские оборотистые рядники. Молодой дизайнер, который в будущем станет настоящей иконой итальянского мотостроения, достал записную книжку и на ее страницах набросал эскиз рамы, ставшей самой первой «птичьей клеткой»…

    Впоследствии ее установили на Bimota HB1 – байк, заимствующий многое от Honda CB750, в частности, двигатель, тормоза, некоторые элементы подвески. К слову, две последние буквы в названии Bimota относятся к фамилии Тамбурини, но это уже совсем другая история…

     

    Bimota HB1 с рамой-прототипом птичьей клетки
    Bimota HB1 с рамой-прототипом птичьей клетки

     

    Если говорить о технической стороне «птичьей клетки», то она состоит из множества коротких отрезков, сваренных между собой таким образом, чтобы получились треугольники. Благодаря использованию двигателя в качестве силового элемента рамы, получается очень легкая и жесткая конструкция. Пожалуй, конкретный пример использования «клетки» каждый может привести сам – Ducati прославили конструкцию на весь мир, сделав ее название синонимом «красной конюшни».

     

     

    Современная птичья клетка, Ducati 1098
    Современная птичья клетка, Ducati 1098

     

    А теперь давайте перенесемся на другую сторону земного шара, в обитель суровых самураев и высоких технологий. Японские производители «клетку» не особо жалуют, предпочитая диагональные рамы. Как правило, такие рамы состоят из двух больших балок, идущих от рулевой колонки к оси качания рычага задней подвески (если только ось качания рычага не располагается непосредственно на двигателе). Во всех рамах такого типа двигатель используется в качестве силового элемента.

    Диагональная рама Deltabox, Yamaha FZR 600 1997
    Диагональная рама Deltabox, Yamaha FZR 600 1997

     

    Каждый производитель использует свою конструкцию диагональной рамы, но какой-то принципиальной разницы между ними нет. Большинство «диагоналей» выполнены из алюминия коробчатого профиля, хотя иногда применяется и сталь. Особенно стоит отметить вариант от Triumph, примененный, например, на спортбайке Daytona 955i – балка образована парой алюминиевых труб овального сечения. Изготавливают алюминиевые рамы при помощи литья, штамповки, экструзии, проката и многих других технологий. Часто рама состоит из элементов, изготовленных совершенно разными способами, подобранными для достижения наилучшего результата.

    Triumph Daytona 955i, диагональ рамы образована парой овальных труб
    Triumph Daytona 955i, диагональ рамы образована парой овальных труб

     

    Кроме всем известных «диагоналей» и «птичьих клеток» есть и другие типы рам. Например, хребтовые рамы, которые активно применяются на скутерах и мопедах – да и на технике посерьезней тоже встречается (например, на Honda CB900F Hornet). Сопротивление кручению здесь обеспечивается за счет большого эффективного диаметра стального хребта.

    Конструкция хребтовой рамы позволяет получить весьма опрятную машину, спрятав в полости рамы воздушный фильтр, проводку, топливный бак – тут уж каждый производитель решает вопрос организации пространства по-своему. Недостаток «хребта» в том, что при серьезной аварии восстановить целостность конструкции практически невозможно.

     

    Хребтовая рама на Honda CB900F Hornet
    Хребтовая рама на Honda CB900F Hornet

     

    Штампованная рама несущей конструкции, она же «монокок» - логическое продолжение сварных штампованных рам хребтового типа. Жесткая и легкая конструкция такой рамы образуется множеством сваренных между собой штампованных элементов из стали (или алюминия, как на Kawasaki ZZR 1400).

    Наиболее известным примером подобной конструкции можно считать раму ставшего уже легендарным мотороллера Vespa, созданного сразу после Второй мировой войны. Любопытно, что конструкция рамы самой первой «Веспы» 1946 года оказалась настолько удачной, что дожила до наших дней лишь с небольшими изменениями. Основная часть рамы выполнена из пары больших штампованных элементов из стали, сваренных между собой по продольной оси.

     

    Рама-монокок Kawasaki ZZR 1400 2006
    Рама-монокок Kawasaki ZZR 1400 2006

     

    Она расширяется за счет дополнительных штамповок, образующих рулевую колонку, защиту ног и подножки (передняя и боковые панели не относятся к структурным элементам конструкции). В совокупности все эти элементы образуют конструкцию, обладающую отличной жесткостью при довольно небольшом весе. Если же прибегнуть к другому варианту и использовать трубчатую раму, закрытую стальными панелями кузова, то в итоге получилась бы машина, обладающая меньшей жесткостью и большим весом.


    BMW – давайте совсем выбросим раму

    Как мы уже выяснили, у многих мотоциклов двигатель используется в качестве нагруженного элемента конструкции. Также довольно часто именно на двигателе, а не на раме, размещают ось рычага задней подвески. В результате можно отказаться от боковых элементов рамы. Но немцы из BMW решили уйти еще дальше, отказавшись от основной рамы на своих «оппозитах».

    Это стало возможным благодаря использованию передней подвески Telelever, которая закрепляется на двигателе, и двух подрамников: одним спереди, удерживающим рулевую колонку и топливный бак, и одним сзади – на нем располагается сиденье. Оба подрамника связаны между собой и двигателем при помощи болтов, в этом случае двигатель несет на себе всю нагрузку, а не часть её.

     

    Воздушный силуэт BMW R1200C, подкрепленный отсутствием рамы как таковой
    Воздушный силуэт BMW R1200C, подкрепленный отсутствием рамы как таковой

     

    Просчеты и «глюки»

    Эта глава – своеобразный небольшой итог всех статей, посвященных подвеске и раме мотоцикла (если вы что-то не читали – милости просим в наш «Железный цех: теория»). Здесь мы не будем говорить об очевидных вещах, вроде того, что в конструкцию ходовой спортбайка закладывается малый угол наклона рулевой колонки и короткая база, чтобы обеспечить быстрое прохождение поворотов. Вместо этого, давайте обсудим практические моменты, от которых также очень сильно зависит управляемость и стабильность двухколесной машины. Ведь тип шин и давление в них, распределение багажа на мотоцикле, настройка подвесок – все это влияет на поведение байка на дороге не меньше, чем заложенные в геометрию шасси параметры. Итак – давайте пройдемся по некоторым причинам плохой управляемости мотоцикла и разберемся, как с этим бороться.

    Раскачивание. На высокой скорости нагруженный байк раскачивается из стороны в сторону, особенно это заметно при прохождении поворотов. Часто наблюдается на туристах, да и на любых других машинах, райдеры которых расположили тяжелый багаж слишком высоко или далеко сзади (например, внутри вынесенного центрального кофра из афтермаркет-каталога). Раскачивание может быть вызвано и неправильным выбором профиля шин. Чтобы устранить проблему, можно попробовать немного поднять давление в шинах или увеличить демпфирование задней и, возможно, передней подвески.

    «Шимми», боковые колебания переднего колеса. Такая неприятность чаще всего случается при наезде на неровность дороги или при выходе из поворота с ускорением – колебания возникают в результате совпадения скорости движения с собственной частотой колебаний руля. Причина: скорее всего, неправильно настроены характеристики демпфирования задней подвески. Также в «шимми» могут быть виновны убитые подшипники рулевой колонки и/или оси переднего колеса. 

    Возможно, передняя шина имеет радиальное биение, или колесо не отбалансировано. Кроме того, на рулевое управление может приходиться слишком большой вес – не цепляйтесь за руль из последних сил, не давите на него! Просто держитесь, и все будет хорошо… Выходов из ситуации несколько – можно установить дополнительную усиливающую траверсу, или поставить более жесткую ось колеса. Рулевой демпфер также уменьшит эффект «шимми», но полностью не избавит от проблемы.

    Подскоки. На любом мотоцикле можно столкнуться с проблемой подскока – когда колесо не способно достаточно быстро реагировать на последовательность небольших выбоин из-за инерции неподрессоренных масс. Вместо того, чтобы отслеживать поверхность дороги, колесо подскакивает в верхней точке одной выбоины и опускается в нижнюю точку следующей. При торможении в повороте будет подскакивать заднее колесо, а при разгонах – переднее. Решение: скорее всего, «глюк» вызван намертво затянутой регулировкой демпфирования сжатия подвески, либо излишней жесткостью пружин. Достаточно «ослабить хватку» - и все станет намного лучше. Либо можно попробовать снизить неподрессоренные массы, однако если там ничего не менялось (на диски никто не вешал никаких побрякушек, тормоза стоят оригинальные, а не какой-то неведомый гаражный тюнинг), сделать это без дорогостоящего «тюнинга-облегчителя» (вроде карбоновых колесных дисков) будет трудно.

    Пробои. При сжатии подвески она отрабатывает всю длину хода, из-за чего на раму передается значительной силы удар. Если такое происходит на ненагруженном мотоцикле на небольших неровностях полотна, тогда стоит заменить пружины на более жесткие, либо увеличить демпфирование сжатия. Самый простой и доступный вариант для «переда» - залить в вилку более густое масло. Может быть и обратная ситуация, когда пределы хода подвески исчерпываются при растяжении. Это может быть вызвано как чрезмерным предварительным поджатием пружин, так и недостаточным демпфированием отбоя. Но, как правило, до такого пробоя даже от крайних значений регулировок подвесок еще «копать и копать» - производитель просто не позволит райдерам выставить такую регулировку, от которой подвеску будет настолько сильно «бить». А значит, подвеска неисправна – скорее всего, клапана амортизатора приказали долго жить.

    Разумеется, это не полный список всего, что может вытворить «двухколесный конь». Однако более детальные разборы полетов давайте оставим специально отведенным для этого статьям. В ближайшее время мы опубликуем обширную статью о настройке подвески, с любезного разрешения Алексея с портала moto.swissblog.ru


    ***


    На этой статье, пожалуй, можно закончить цикл о том, как устроены наши мотоциклы. Конечно, в него вошло далеко не все, однако я скромно надеюсь на то, что базовое представление об основных компонентах байка вы получили. Конечно, мы не прекратим писать о «железных» вещах – просто дальше это будут не общетеоретические статьи, а материалы, посвященные конкретным гаджетам, устройствам, узлам, деталям и так далее. Оставайтесь с нами!